高精采集系统激光标定的评测方法_孙丽.pdf

测绘通报年第期引 文 格 式：孙 丽高 精 采 集 系 统 激 光 标 定 的 评 测 方 法 测 绘 通 报，（）：-：-高精采集系统激光标定的评测方法孙丽（高 德 软 件 有 限 公 司，北 京）摘 要：常 用 的 激 光 标 定 评 价 方 法 是 在 检 校 场 用 同 名 特 征 点 的 距 离 误 差 衡 量 标 定 质 量，选 点 的 误 差 对 高 精 度 激 光 的 标 定 评 测 不 可忽 略。本 文 提 出 了 利 用 同 名 面 评 测 激 光 的 标 定 精 度 的 方 法，用 控 制 点 和 静 态 激 光 建 设 精 度 较 高 的 面 检 校 场 作 为 真 值，从 待 评 测 激光 点 云 中 提 取 同 名 面，统 计 被 评 测 激 光 的 同 名 面 和 真 值 面 之 间 的 误 差，评 价 激 光 的 标 定 精 度。该 激 光 标 定 精 度 评 测 方 法 已 经 应 用于 高 德 高 精 采 集 车，并 投 产 两 年 多，点 云 资 料 矢 量 化 出 的 高 精 地 图 要 素 中 相 对 精 度 优 于 的 占 比 达 到 了。关 键 词：激 光 标 定；移 动 测 量 系 统；高 精 度 地 图；精 度 评 测；同 名 面中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：文 章 编 号：-（）-（，）：-，-，：；-；高 精 地 图 被 认 为 是 自 动 驾 驶 汽 车 必 不 可 少 的“基 础 设 施”。各 大 图 商 及 与 自 动 驾 驶 相 关 的 企 业都 在 抢 占 高 精 地 图 入 口。由 于 高 精 地 图 采 集 系 统价 格 昂 贵，且 图 商 需 求 的 数 量 较 大，有 技 术 实 力 的图 商 都 选 择 自 己 研 发 高 精 地 图 采 集 系 统。国 外 有、等，国 内 有 高 德、百 度、腾 讯、四 维 图 新 等。高 精 度 地 图 采 集 系 统 一 般 会 集 成 组合 导 航 系 统、激 光、轮 速 计 和 工 业 相 机 等 传感 器。激 光 传 感 器 由 于 具 有 高 精 度、高 密 度 和 高 分 辨率 的 特 性，在 表 达 三 维 空 间 几 何 与 尺 度 信 息 方 面 有很 大 优 势-，而 相 机 成 像 在 表 达 道 路 语 义、内 容 属性 方 面 有 优 势。如 何 集 成 好 激 光 和 相 机 这 两 种传 感 器 以 发 挥 各 自 的 优 势，是 移 动 测 量 系 统 需 要 解决 的 问 题。行 业 里 常 见 的 方 法 是 通 过 投 影 变 换 的方 法 建 立 二 维 像 素 与 三 维 点 云 之 间 的 关 联，计 算 关联 关 系 时 依 赖 两 个 传 感 器 的 空 间 关 系 是 否 准 确，也就 是 传 感 器 标 定 工 作。在 整 车 系 统 组 装 完 毕 之后，首 先 要 建 立 统 一 的 传 感 器 坐 标 系 统，然 后 进 行激 光 和 相 机 的 自 身 参 数 标 定，最 后 通 过 选 定 的 标 定场 对 两 个 传 感 器 进 行 标 定。当 前 国 内 外 研 究 中，有 针 对 单 个 传 感 器 做 标 定的 研 究，如 相 机 的 内 方 位 元 素、激 光 传 感 器 的 测 距误 差 标 定 等-，也 有 针 对 多 传 感 器 的 联 合 标 定 方法-，如 激 光 辅 助 做 相 机 的 内 方 位 元 素 标 定，在 车 载 移 动 测 量 研 究 方 向 上 有 很 多 研 究 传 感 器 标定 的 成 果-，以 及 不 同 类 型 传 感 器 标 定 的 分析-，但 由 于 激 光 传 感 器 的 测 量 误 差 不 同，标 定方 法 与 标 定 评 测 方 法 很 难 有 统 一 的 标 准。本 文使 用 行 业 内 高 精 度 的 激 光 设 备，对 标 定 的 评 测 方 法作 出 更 细 致 的 分 析。收 稿 日 期：-作 者 简 介：孙丽（），女，硕 士，主 要 从 事 高 精 地 图 的 采 集 系 统 设 计。-：年第期孙丽：高 精 采 集 系 统 激 光 标 定 的 评 测 方 法激 光 标 定在 高 精 移 动 测 量 系 统 中，组 合 定 位 定姿 系 统 确 定 车 载 平 台 相 对 全 局 坐 标 系 的 位 置 与 姿态，激 光 扫 描 仪 获 取 地 物 相 对 于 激 光 扫 描 仪 自 身 坐标 系 的 位 置 信 息，激 光 扫 描 仪 坐 标 系 与 惯 导 坐 标系 的 坐 标 原 点 与 坐 标 轴 指 向 不 完 全 一 致，需 经 过 平移 与 旋 转 才 能 实 现 激 光 扫 描 数 据 与 定 位 定 姿 数 据的 融 合，且 需 对 坐 标 系 之 间 的 平 移 与 旋 转 进 行 严 格标 定，这 个 过 程 即 为 车 载 激 光 扫 描 系 统 的 外 标定。激 光 外 参 标 定 出个 平 移 量（，）和个 角 度 参 数（，）。利 用 激 光 外 参将 激 光 坐 标 系 转 换 到 惯 导 坐 标 系，最 终 通 过 惯 导 坐标 系 转 换 到 大 地 坐 标 系。经 过 标 定 之 后 的 系 统，可 以 解 算 全 场 景 点 云。当 标 定 出 现 误 差 时，点 云 会与 真 实 世 界 产 生 误 差，如 墙 面 的 分 层、地 面 的 扭曲 等。激 光 标 定 评 测 现 状目 前 常 用 的 激 光 标 定 评 测 方 法 是 在 室 外 建 立检 校 场，选 取 建 筑 物 的 房 屋 角 点、窗 户 角 点、交 通 标志 角 点 等 特 征 点 作 为 检 测 点-，用（）和 全 站 仪 测 量 的 方 式 获 取 特 征 点 的 绝 对坐 标，作 为 检 测 点 的 真 值。用 车 载 移 动 激 光 测 量 系统 采 集 检 校 场 点 云 数 据。在 激 光 点 云 上 人 工 选 取同 名 特 征 点，用 检 测 点 的 真 值 坐 标 评 测 点 云 同 名 特征 点 的 精 度。该 方 法 用 于 高 精 度 的 单 线 激 光 标 定评 测 存 在 两 个 问 题：手 动 或 自 动 在 点 云 上 选 点 存 在误 差，单 线 激 光 自 身 的 测 量 精 度 非 常 高，选 点 的 误 差不 可 忽 略，这 会 导 致 评 测 的 结 果 不 准 确；单 线 激 光点 云 密 度 在 远 处 比 较 稀 疏，导 致 在 距 离 采 集 路 线 较 远处 的 点 云 上 无 法 清 晰 分 辨 并 准 确 选 取 特 征 点。而 测距 较 远 处 的 点 云 对 评 测 标 定 精 度 更 有 价 值，因 为 在 激光 标 定 中，个 角 度 参 数 将 带 来 较 大 误 差，并 且 角 度参 数 的 误 差 在 测 距 较 近 的 地 方 很 难 检 测 出 来，需 要 在较 远 测 距 的 地 方 才 能 检 测 出 来。评 测 方 案激 光 标 定 的 评 测 流 程 如 图所 示。.选址面 检 校 场 的 选 择 需 满 足信 号 好，有 多 角 度不 变 形 的 平 整 面 且 不 被 遮 挡。具 体 要 求 如 下：（）选 在 开 阔 区 域，能 观 测 到以 上 的卫 星 数 不 少 于颗；经 过 区 域 的 道 路 边 楼 高 不 超 过。（）附 近 不 能 有 高 压 线、信 号 塔。（）距 离 道 路 内 有 多 个 倾 斜 度 大 于的不 被 遮 挡 的 平 整 建 筑 面，且 有 距 离 道 路 的建 筑 物 面。（）人 车 流 量 小 的 区 域。图激 光 标 定 的 评 测 流 程.精度要求面 检 校 场 的 绝 对 精 度 需 达 到.，用 于 作 为真 值 的 点 云 面 点 云 密 度 不 低 于 点。.建设方案面 检 校 场 的 建 设 流 程 如 图所 示。图面 检 校 场 建 设 流 程面 检 校 场 的 建 设 过 程 分 为步：（）在 检 校 场 附 近 空 旷 且 不 易 变 形 的 地 面 上 选择 两 个 高 精 度 基 准 点，以 基 于 卫 星 定 位 连 续 运 行 基准 站 观 测 作 业 模 式 测 量 其 坐 标。（）用 地 面 激 光 扫 描 仪 获 取 检 校 场 高 密 度 的 建筑 物 和 地 面 点 云，且 相 邻 两 站 之 间 的 点 云 重 叠 率 保持以 上，并 做 好 点 云 拼 接。（）检 校 场 选 取 建 筑 物 的 窗 角、门 框 角、地 面 标线 角 点、花 坛 转 角 等 作 为 控 制 点，以 高 精 度 基 准 点为 基 础，通 过 全 站 仪 测 量 控 制 点 坐 标。这 些 控 制 点一 部 分 用 来 拼 接 纠 正 点 云，一 部 分 用 来 检 核 检 校 场点 云 精 度。（）以 高 精 度 控 制 点 为 基 础，通 过（）的 方 式，测 量 用 于 解 算 高 精 测量 系 统 轨 迹 的 长 期 基 站 坐 标。控 制 面 制 作用 点 云 编 辑 软 件 依 据 照 片 或 现 场 选 取 平 整 的测绘通报年第期建 筑 物 的 点 云 面，尽 量 选 取 三 维 空 间 多 个 角 度 的 平面，选 取 的 平 面 和 道 路 的 距 离 在 内，且 尽 量 均匀 分 布 在 的 区 间，点 云 间 距 不 超 过。选 取 时 需 去 除 明 显 的 噪 声 点，选 取 的 控 制 面点 云 块 面 积 范 围 限 制 在 之 间。图为 制 作 的 三 维 空 间 上 多 角 度 的 控 制 点云 面。图真 值 点 云 面用 最 小 二 乘 法 将 人 工 选 取 的 控 制 点 云 面 逐 个拟 合 成 一 个 平 面，拟 合 残 差 不 大 于 视 为 合 格，大 于 的 剔 除。经 选 取 后，得 到 标 定 场 地 的 真值 平 面 集 合。为 了 方 便 程 序 处 理，对 每 个 平 面 进 行编 号，记 录 平 面 的 几 何 尺 寸、法 向 量；同 时 对 位 置 做空 间 索 引，记 录 在 空 间 数 据 库 中。使 用 时 根 据 输 入的 位 置 信 息，即 可 快 速 查 询 到 匹 配 的 平 面。待 评 测 采 集 车 同 名 点 云 面 提 取除 了 标 定 参 数 不 准 确 会 带 来 测 量 误 差 外，误 差较 大 的 轨 迹 也 会 带 来 测 量 误 差，因 而 在 标 定 精 度 评测 时 要 尽 量 排 除 轨 迹 误 差 带 来 的 干 扰。为 了 保 证轨 迹 精 度，采 集 时 需 遵 循 以 下 采 集 规 范：驶 入 采 集区 域 之 前 和 驶 出 采 集 区 域 之 后，采 集 车 需 要 在 开 阔的 地 方 进 行 静 态 初 始 化，一 般 需 要 达 到，采 集车 速 控 制 在 ，过 慢 或 过 快 都 会 降 低 轨 迹质 量；除 了 红 绿 灯、堵 车 等 特 殊 情 况 外，尽 量 避 免 停车、掉 头、倒 车 和 低 速 行 驶；采 集 过 程 中 应 避 免 和 大车 并 排 行 驶，防 止 当 作 控 制 面 建 筑 物 被 遮 挡，无 法获 取 点 云 特 征 面。用 检 校 场 高 等 级 基 准 点 测 量 出 来 的 长 期 基 站坐 标 解 算 采 集 车 的 轨 迹，长 期 基 站 应 该 不 超 过 采 集区 域，以 去 除 系 统 误 差，保 证 评 测 结 果 的 准 确性。得 到 后 处 理 的 轨 迹 后，按 照 定 义 的 传 感 器 坐 标系，加 上 激 光 实 时 测 量 数 据，用 标 定参 数 对 采 集 点云 进 行 解 算。将 已 选 好 的 点 云 控